Meiosi
La meiosi è un tipo speciale di divisione cellulare. A differenza della mitosi, il modo in cui le normali cellule del corpo si dividono, la meiosi si traduce in cellule che hanno solo la metà del numero abituale di cromosomi, uno per ogni coppia. Per questo motivo, la meiosi è spesso chiamata divisione di riduzione. A lungo termine, la meiosi aumenta la variazione genetica, in un modo che sarà spiegato più avanti.
La riproduzione sessuale avviene quando uno spermatozoo feconda un ovulo. Gli ovuli e lo sperma sono cellule speciali chiamate gameti, o cellule sessuali. I gameti sono aploidi; hanno solo la metà del numero di cromosomi come una normale cellula del corpo (chiamata cellula somatica). La fecondazione ripristina i cromosomi nelle cellule del corpo al numero diploide.
Il numero di base dei cromosomi nelle cellule del corpo di una specie è chiamato numero somatico ed è etichettato 2n. Negli esseri umani 2n = 46: abbiamo 46 cromosomi. Nelle cellule del sesso il numero di cromosomi è n (esseri umani: n = 23). Quindi, negli organismi diploidi normali, i cromosomi sono presenti in due copie, una per ogni genitore (23x2=46). L'unica eccezione sono i cromosomi sessuali. Nei mammiferi, la femmina ha due cromosomi X, e il maschio uno X e uno Y.
Il cariotipo è il numero cromosomico caratteristico di una specie di eucariota. La preparazione e lo studio dei cariotipi fa parte della citogenetica, la genetica delle cellule.
Tutti gli eucarioti che si riproducono sessualmente usano la meiosi. Questo include anche molti organismi unicellulari. La meiosi non si verifica in arcaie o batteri, che si riproducono con processi asessuali come la fissione binaria.
L'attraversamento avviene tra i cromatidi dei cromosomi omologhi
La meiosi come parte della riproduzione sessuale
Il significato della fecondazione
La prole riceve un insieme di cromosomi da ogni genitore in modo che, nel complesso, metà della sua ereditarietà provenga da ogni genitore. Ma le due serie di cromosomi non sono identiche ai cromosomi dei genitori. Ciò è dovuto al fatto che essi vengono modificati durante la divisione di riduzione da un processo chiamato crossing-over.
Il significato della meiosi
Questo è duplice:
1. In primo luogo, per ridurre i cromosomi di ogni ovulo o sperma ad un solo set.
I due cromosomi di una coppia non sono identici perché in un particolare locus sui cromosomi ci possono essere alleli (forme del gene) diversi sui due cromosomi. Pensate ad ogni coppia di cromosomi, un insieme da ogni genitore. Da ogni coppia, solo uno va in ogni gamete. Quindi, in primo luogo, i gameti differiscono a causa di ogni coppia il gamete può avere il cromosoma del padre o quello della madre. Questo si chiama "assortimento indipendente".
2. 2. Per consentire l'incrocio tra ogni coppia di cromosomi parentali. 3. Incrociare i cambiamenti che gli alleli si trovano su un particolare cromosoma.
Quindi, anche se descritti come cromosomi "della madre" e "del padre", in pratica i cromosomi dei gameti non sono tutti uguali a quelli dei genitori. Ciò è dovuto al fatto che i bit di cromosomi sono stati scambiati nel processo di meiosi.
Anche se i gameti hanno un solo set di cromosomi, quel set è una miscela mescolata di materiale genetico di entrambi i genitori. Ogni singolo uovo o sperma può avere una selezione diversa di alleli dai cromosomi dei genitori.
Come nel caso del mescolamento di un mazzo di carte, si possono produrre molte combinazioni diverse di geni senza che si verifichi un cambiamento (mutazione) in ogni singolo gene. Tuttavia, le mutazioni si verificano, e possono aggiungere alleli che prima non erano presenti nella popolazione. In ogni caso, il rimescolamento aumenta la varietà della prole, e la varietà dà ad almeno una parte della prole una migliore possibilità di sopravvivere in tempi difficili. Il rimescolamento degli alleli che avviene nella meiosi può essere la ragione per cui la riproduzione sessuale esiste.
"Non è difficile pensare alle ragioni per cui le popolazioni sessuali dovrebbero avere vantaggi a lungo termine rispetto a quelle asessuate. Possono evolvere più rapidamente per far fronte a circostanze mutevoli...".
Casi speciali
Partenogenesi ciclica
Diversi taxa (gruppi di organismi) abbastanza grandi utilizzano la partenogenesi ciclica. Questo è quando diverse generazioni nascono da una nascita vergine, e poi si verifica una generazione con una normale riproduzione sessuale. Ne sono un esempio gli afidi e i cladocerani (piccoli crostacei chiamati pulci d'acqua). Gli afidi di solito operano come segue: quando il tempo è buono, e i loro ospiti vegetali sono al meglio, usano la partenogenesi. Alla fine della stagione, quando il tempo peggiora, usano la riproduzione sessuale. Questo sistema di riproduzione si chiama apogamia.
Nella partenogenesi, le uova contengono solo materiale genetico della madre e non sono fecondate. Gli ovociti possono essere prodotti sia per meiosi che per mitosi. Quando si verifica la meiosi, l'incrocio produce un'impronta genetica che differisce in qualche modo da quella della madre. Quindi, la progenie partenogenetica della farfalla verde non è identica, e mostra una certa variazione genetica: alcuni segmenti cromosomici differiscono a causa della meiosi. La meiosi produrrebbe una prole identica.
Tra questi taxa partenogenetici vi sono diverse specie che hanno un sesso completamente abbandonato.
Perdita della sessualità
Alcuni organismi di eucarioti hanno perso completamente la capacità di riproduzione sessuale, e quindi non hanno la meiosi. Tra questi vi sono i rotiferiBdelloidi, che si riproducono solo per partenogenesi.
Dettagli sulla meiosi
La meiosi può essere suddivisa in meiosi I e meiosi II.
Meiosi I
La funzione della prima divisione è di permettere il passaggio. Proprio come la mitosi, la meiosi comprende la pro-fase, la metafase, l'anafase e la telopasi.
Profase I
I cromosomi diventano visibili, l'involucro nucleare scompare e i centrioli (nella parte superiore e inferiore del nucleo) iniziano a formare fibre di fuso che avvolgono i cromosomi.
In questa fase ogni cromosoma è diviso in due cromatismi fratelli, tenuti insieme dai centromeri. I cromosomi accoppiati hanno ora quattro cromatidi (2 serie di "sorelle") pressati insieme. L'incrocio avviene tra due dei cromatidi non fratelli; gli altri due rimangono non incrociati. Il risultato dell'incrocio è lo scambio di segmenti di ciascuno dei cromatidi partecipanti, del DNA e della proteina cromatina associata. Geneticamente, il processo è chiamato ricombinazione.
Metafase I
I cromosomi si allineano lungo la linea equatoriale (la linea centrale) delle fibre del fuso in coppie omologhe.
Anafase I
I cromosomi sono divisi in modo che ci siano quantità uguali su entrambi i lati della cellula. Poiché ci sono 46 cromosomi in una cellula umana, 23 finiscono su entrambi i lati.
(La citochinesi, la divisione delle cellule in due, avviene. La cellula si divide).
Telophase I
Le due cellule figlie sono completamente divise, si forma un involucro nucleico e i cromosomi diventano meno visibili. Ci sono 23 cromosomi in ciascuna di queste cellule.
Meiosi II
Le due cellule si preparano a dividersi di nuovo in una fase nota come intercinesia o interfase II. Entrambe queste cellule passeranno attraverso la meiosi II.
Profase II
I cromosomi diventano visibili, l'involucro nucleare scompare e i centrioli formano le fibre del fuso.
Metafase II
I cromosomi si allineano lungo la linea mediana sulle fibre del fuso
Anafase II
I cromosomi si dividono in due cromatismi. I cromatidi sono i due filamenti di DNA (acido deossiribo-nucleico) che compongono il cromosoma. Essi sono uniti da una connessione a metà strada chiamata centromero.
(Si verifica la citochinesi. La cellula si divide).
Telophase II
Le celle sono completamente divise. Vengono create le riforme dell'involucro nucleico e quattro nuove cellule con DNA diverso.
Nei maschi, tutte e quattro le cellule diventano sperma. Nelle femmine, solo una di esse diventa un ovulo maturo, mentre le altre tre vengono riassorbite nel corpo.
Eventi che coinvolgono la meiosi, mostrando crossover cromosomico
Problemi
Nell'uomo, ci sono alcune condizioni che sono causate dalla meiosi andata male. Alcuni esempi sono:
- Sindrome di Down - trisomia del cromosoma 21
- Sindrome di Patau - trisomia del cromosoma 13
- Sindrome di Edwards - trisomia del cromosoma 18
- Sindrome di Klinefelter - cromosomi X extra nei maschi - cioè XXY, XXXY, XXXXY
- Sindrome di Turner - mancanza di un cromosoma X nelle femmine - cioè XO
- Sindrome della tripla X - un cromosoma X in più nelle femmine
- Sindrome XYY - un cromosoma Y in più nei maschi
Domande e risposte
D: Che cos'è la meiosi?
R: La meiosi è un tipo di divisione cellulare che dà luogo a cellule con la metà del numero normale di cromosomi, uno per ogni coppia. È anche conosciuta come divisione riducente.
D: In che modo la meiosi aumenta la variazione genetica?
R: La meiosi aumenta la variazione genetica creando nuove combinazioni di geni attraverso la reticolazione durante la profase I e la segregazione casuale durante l'anafase I. In che modo la meiosi aumenta la variazione genetica?
D: Cosa sono le cellule germinali?
R: I gameti sono cellule speciali chiamate cellule germinali o cellule aploidi che hanno solo la metà dei cromosomi di una normale cellula del corpo (chiamata cellula somatica).
D: Che cos'è il numero di cellule somatiche?
R: Il numero di base dei cromosomi nelle cellule del corpo di una specie si chiama numero somatico ed è indicato con 2n. Negli esseri umani, 2n = 46, quindi abbiamo 46 cromosomi.
D: Quanti cromosomi ci sono nei gameti?
R: Ci sono n cromosomi nei gameti, che negli esseri umani sono 23 cromosomi. Quindi, nei normali organismi diploidi ci sono due copie di ciascun cromosoma, una da ciascun genitore (23x2=46). Le uniche eccezioni a questa regola sono i cromosomi sessuali; nei mammiferi, le femmine hanno due cromosomi X, mentre i maschi hanno un cromosoma X e uno Y.
D. La meiosi avviene negli archei o nei batteri?
R: No, la meiosi non si verifica negli archei o nei batteri, che si riproducono per semplice divisione cellulare.
D: Esiste la riproduzione sessuale tra gli organismi unicellulari?
R Sì, la riproduzione sessuale avviene tra gli organismi unicellulari, poiché anche loro utilizzano la meiosi per riprodursi sessualmente.
